數控機床控制范文

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關鍵詞：數控機床；電氣控制元件；電氣工作原理

1 數控機床

電氣控制技術在數控機床上起著非常重要的作用，數控機床是機械設備中機電一體化的一個體現，而它的控制系統又可以叫做CNC系統，數控機床的組成是由數控系統、伺服系統、主軸裝置、數控機床的強電系統等，它的組成見圖1。

通過圖1可以看出CNC系統是整個數控機床的重要位置，是數控機床的控制中心，它是對操作系統中的語言進行分析整合，轉化成控制信號，最終實現數控機床的加工。

數控機床和其他普通機床一樣，都是主軸作主要的切削任務，而主軸的控制也是需要正反轉，可以調速。

對于機床的進給運動，它的區別就是將原有機床的機械驅動變為電氣控制驅動，實現自動控制，控制系統是伺服系統，對整個機床的工作臺、電機、速度都可以監控，如圖2。

在整個伺服控制系統中，主要是對終端執行件的監控，通過監控它們的速度、位置，將它們的信號反饋回來，在伺服系統和CNC中處理后，在對下一步進行指示。

2 電氣控制元件

數控機床電氣控制元件的選擇是對整個機床中所有應用的元件，電動機的選擇，在數控機床結構中電動機是最重要的，電動機在負載工作時，電動機的額定功率要大于機床的需要功率：

熱電器的選擇，熱電器是對數控機床中電路的保護，它的選擇是通過電動機的電流選擇，一般是選擇0.95～1.05倍的電動機額定電流。

中間繼電器，它是控制整個數控機床電路中傳遞中間信號的元件，是增加觸點數量的元件，它的選擇也是通過電動機來選擇。

在數控機床控制中，行程開關的應用對整個機床的監控起著很重要的作用，它們也稱作限位開關，它們是利用機械運動產生電信號的元件，它主要對數控機床的運動、行程和位置的保護，避免機床運動出規定的區間。

在機床中需要選取信號燈和照明燈，信號燈是對機床監控的反饋，通過信號的提示，來了解機床是否正常，而照明燈是數控機床中必需的元件。

3 電氣工作原理

電氣控制原理是對數控機床控制的方式的選用，通過整個數控機床的控制方式的解析來理解電氣工作原理。在數控機床的控制方式中有開環控制數控機床、閉環控制數控機床，開環控制數控機床沒有檢測反饋裝置，CNC發出的信號不會產生反饋，是單向發出，只是將信號傳遞給執行元件，這種控制比較簡單，系統穩定，閉環控制數控機床也就反過來，它是安裝反饋裝置，例如同步器、光柵等。

開環控制數控機床的工作原理是操作者將加工信號給機床，數控機床接到指令，將指令給數控裝置，數控裝置解析后通過驅動電路傳給伺服電動機，伺服電動機工作，通過傳動機構，將最終工作臺運動，實現加工。

閉環控制數控機床工作原理是數控機床接到指令，機床位置調節系統工作，通過伺服放大、伺服電動機、檢測工作臺的位置，工作臺將位置檢測信號通過位置測量裝置和速度測量裝置反饋給位置調節系統和速度調節系統，這兩個系統通過這個信號在重新定位工作臺，數控機床在進行加工。

上述電路圖中工作臺正向運動是KM1接觸器通電，反轉運動是KM2通電，而工作臺動作停止是通過SQ1、SQ2、SQ3、SQ4這4個限位開關控制。

4 結束語

隨著科學技術的不斷發展、現代經濟不斷的提高，對整個機械制造業的要求也在不斷的提升，生產的效率、生產的質量都要有提升、數控機床也隨之變得非常重要。數控機床對大批大量生產有著不可或缺的地位。在這頻繁開發新技術的過程中，要使數控機床占有一席地位，就必須保證數控機床的自動化程度、電氣控制也就必須有設計高度，保證數控機床的先進性，達到降低人工勞動力，實現生產的自動化。

參考文獻

[1]楊林建.機床電氣控制技術[M].北京理工大學出版社，2008.

[2]祖國建.電氣控制與PLC[M].華中科技大學出版社，2010.

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關鍵詞：FANUC；數控機床；主軸；PLC

數控機床的控制部分由CNC和PLC組成。實現刀具相對于工件各坐標軸幾何運動規律的數字控制由CNC完成；機床輔助功能的順序控制由PLC完成。數字控制和順序控制二者缺一不可，它們之間可以通過規定的接口信號進行相互間的信息交互[1]，分工合作實現對數控機床各項功能的控制，完成加工任務。主軸運動的控制主要包括主軸起停控制、主軸正反轉控制和主軸轉速高低的控制等。對于數控車削中心，主軸一般還應具備C軸功能；對于鏜銑加工中心，為了方便機械手換刀，還要求主軸具備準停功能。主軸控制一般由數控系統中的PLC來完成[2]。目前，FANUC系統的數控機床市場占有率較高。FANUC數控系統對主軸的控制信號有兩種形式：串行主軸和模擬主軸。FANUC公司生產的主軸電機及其與之配套的驅動器采用串行主軸控制；非FANUC公司生產的主軸電機，可以由變頻器驅動，采用模擬主軸控制[3]。模擬主軸比串行主軸更為經濟，所以對模擬主軸的運動控制進行研究具有重要意義。本文以FANUC0iMate-TD系統的數控機床作為載體，通過編制PLC程序，實現手動和自動模式下模擬主軸的起停及正反轉控制。

一、控制要求

在手動操作模式即JOG方式下，通過數控機床操作面板上的按鈕“主軸點動”“主軸正轉”“主軸停”“主軸反轉”能夠實現相應的主軸運動。在自動操作模式即“MEM”“MDI”“DNC”等方式下，通過運行加工程序中的M03（主軸正轉）、M04（主軸反轉）和M05（主軸停）指令實現對主軸的自動控制。

二、控制方式

（一）手動控制。數控機床上的操作面板通過I/OLink總線與PLC相連[4]。操作面板上的主軸控制按鍵為PLC的輸入信號。PLC會對信號輸入端進行實時掃描，輸入信號經PLC邏輯處理后，向機床側及系統輸出相應的控制信號，驅動機床側的執行元件動作，實現對主軸的控制功能；同時，PLC也會向操作面板輸出控制信號，令相應按鍵的指示燈亮。（二）自動控制。主軸的M輔助功能控制是由加工程序發出的控制命令，例如，M03、M04、M05等，經PLC處理后輸出去控制主軸電機工作。M指令的執行過程如下：CNC讀到加工程序中的M指令時，就輸出相應的M指令信息。FANUC0i-D系統M代碼輸出地址為F10～F13[5]。通過系統讀取M代碼的延時時間后，CNC輸出M代碼選通信號F7.0。PLC接收到M代碼選通信號后，執行譯碼。譯碼結束后，運行順序程序，執行相應的M代碼功能。M功能執行結束后，PLC向CNC發送輔助功能結束信號G4.3。CNC收到G4.3信號后，經過輔助功能結束延長時間，切斷系統的M代碼選通信號F7.0。M代碼選通信號斷開后，切斷輔助功能結束信號G4.3，然后系統切斷M代碼輸出信息信號。至此，該條M指令執行完畢。

三、PLC程序設計

（一）M代碼譯碼程序。加工程序中的輔助功能代碼必須經過PLC譯碼后才能進行邏輯運算，從而實現相應的控制功能。M03、M04、M05的譯碼程序，如圖1所示。功能指令DCNV將CNC傳送過來的M代碼轉換成BCD代碼的形式，再通過譯碼指令DEC令某中間繼電器為1，每個中間繼電器對應一個M代碼。這里的R200.3、R200.4、R200.5分別對應的是M03、M04、M05。圖1M代碼PLC譯碼程序（二）主軸起停及正反轉控制程序。手動和自動模式下主軸起停及正反轉控制的PLC程序，如圖2所示。系統處于JOG模式時，F3.2置1，按下操作面板上的主軸點動按鍵（X11.3）或主軸正轉按鍵（X11.5），會使得主軸電機正轉輸出信號Y3.6以及主軸正轉按鍵上的信號燈輸出信號Y7.2置1，則電機正轉且正轉按鍵上的信號燈亮。按下主軸停止按鍵(X11.2)，會使得輸出信號置0，則主軸電機停并且信號燈滅。同理，按下主軸反轉按鍵（X11.6），會使主軸電機反轉輸出信號Y3.5以及主軸反轉按鍵上的信號燈輸出信號Y7.4置1，則電機反轉且反轉按鍵上的信號燈亮。自動控制模式下，通過圖1所示譯碼程序輸出的中間繼電器結果來控制主軸電機執行相應的運動。M指令執行情況為：執行M03時中間繼電器R200.3置1，從而使得Y3.6置1，電機正轉；執行M04時中間繼電器R200.4置1，從而使得Y3.5置1，電機反轉；執行M05時，R200.5的常閉觸點會將主軸電機正轉或反轉輸出信號斷開，從而實現停機。

四、結論

該PLC程序通過在FANUC0iMate-TD系統的數控機床上調試驗證，完全能夠實現相應的功能。本文為FANUC系統的數控機床模擬主軸基本運動的控制提供了有效的思路和方法，也為機床維修技術人員提供了相關問題的維修指導。在機床維修的過程中，監控PLC程序的執行情況以及信號地址的實時狀態，對主軸及其它輔助功能的故障診斷和處理能夠起到指導性作用。

參考文獻：

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[2]周蘭．FANUC0i-D/0iMate-D數控系統連接調試與PMC編程[M]．北京：機械工業出版社，2012．

[3]黃文廣．FANUC數控系統連接與調試[M]．北京：高等教育出版社，2011．

[4]張志軍．FANUC數控機床操作面板PMC程序設計[J]．自動化與儀器儀表，2015（7）．

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關鍵詞：PLC邏輯層；數控機床；自動化控制；應用

隨著科學技術的發展，我國的PLC技術也慢慢的成熟起來，并且在數控機床中的作用也非常巨大。尤其是在數據的處理方面，該項技術具有非常明顯的優勢。在比較短的時間內，該技術可以提供較為全面的數據資料，有助于調整生產的方案，滿足生產的實際需要。實際上，在PLC中，邏輯層面非常重要，尤其是在系統化的運行過程中，其占據的主動的位置。

1PLC定義以及其組成的結構

1.1定義PLC也叫作可編程邏輯控制器，經過人工編寫，其可以實現工業控制，同時也可以向操作系統發送運算、定時、數量控制等指令，使機械設備完成相應的操作。PLC系統與數控機床的有機結合，可以建立全面、系統、立體化的操作平臺，可以使得生產的效率得到顯著地提升。1.2PLC的組成結構PLC的組成機構包括電源、中央處理器、存儲器、功能模塊四個部分。1）電源。電源可以為PLC操作系統提供能量，從而保證各項指令以及工作可以正常進行，所以在工作的時候，保證電源的穩定、可靠是非常重要的。所以，制造商在進行設計的時候需要綜合考慮交流電壓的波動以及范圍，將額定電壓控制在+10%左右，然后可以將PLC連入交流的電網中。2）中央處理器。其主要是作為該系統的“大腦”進行工作，主要負責指令的下達以及調控，并且可以接受用戶的程序編寫。其工作的時候，用戶主要通過掃描將程序輸入計算機中，經過存儲器的逐條分析、一一對比，將指令進行配對，然后進行下達，最終實現數據的傳輸。3）存儲器。顧名思義，存儲器就是存儲設備，主要將指令、信息、程序進行暫存以及保管，當接收到調試的指令以后，然后再將指令傳遞出去。PLC存儲器主要可以分成兩大類：系統存儲器，可以存放系統本身的程序，其目的是保證整個系統各個部分平穩運行。另一種是用戶存儲器，其主要是在系統運行的時候方便用戶程序編寫的存儲器。4）功能模塊。功能模塊可以實現邏輯控制器的各種操作。比如當自動加工完成以后，我們想要提醒管理者將一些工件取走，這時候就可以設置報警器。我們常見的還有延時模塊、定位模塊等等。

2PLC邏輯層特點

雖然PLC邏輯層在進行引進的時候已經經過了優化，但是由于各種各樣因素的影響，其在運行的時候，依然容易發生各種各樣的問題。比如其與運行的平臺要求不符的時候，就會造成數據處理的問題，所以，我們需要根據邏輯層的特點，處理出現的問題。1）安全性。當前情況下，伴隨著PLC用戶的普及擴大，我們有必要大力推廣一體化技術來實現用戶平臺的操作效率，這樣可以從根本上提升服務的水平。不僅如此，PLC還可以有效地識別潛在風險，另外，我們采用控制技術之后便可以有效地提升數據的安全、可靠、穩定性能。2）一體化。一體化的控制可以有效地保障系統的穩定運行，而且可以實現原始數據的處理，完成PLC數據的調配。這種控制技術是一種多數據的調整。不僅如此，邏輯層還具有非常規的專項特征，可以有效地利用數據傳輸的方案，對其進行篩選、處理。3）轉換性。采用了一體化的技術之后的PLC系統表現出了非常強大的專業化水平，尤其是在大數據的處理時，其發揮了非常重要的作用。在數據兼容平臺上，其可以實現數據的傳輸、控制等重要作用。另外，在數據的存儲、轉換等方面，PLC機床都具有較為明顯的優勢，因此，PLC技術可以在很大的程度上提升生產的效率。

3數控機床當中PLC技術的應用

憑借著PLC技術的遠程控制、遙感等技術，我們可以打造一個數據控制的一體化平臺，進而保障工業化生產的專業技術平臺。在數控機床，PLC技術的具體應用情況如下：1）數據的端口。如果PLC接口不能夠完成數據的匹配工作，那么信號傳遞的速度就會降低，進而導致數據傳輸的時候出現比較大的誤差。針對這個問題，我們可以采用更換硬件的方法來解決，另外我們還可以建立有效的轉換平臺，對數據進行及時的收錄。2）數控中心。我們對PLC技術進行一體化的控制以后，實現了對數據的存儲、傳輸、處理、調配，提升了資源的利用效率，保證了信息的有效性。不僅如此，其還保證了數據的有效利用，在較大的程度上減少了人為操作所產生的誤差，使得數據更加真實、可靠。3）數據的傳輸。隨著互聯網的發展，PLC技術即面臨著機遇，也面臨著挑戰。在當前情況下，技術可以通過硬件、軟件等方式改變，并且可以實現數據的一體化，技術可以實現為工業化生產提供環境。基于移動互聯網技術，我們需要對數控以及機床的一體化來擬定合理的方案，對智能系統的一體化來選擇科學合理的方案，對操作系統的性能進行優化，保證數據處理的有效進行。另外，在控制中，由于方案的改進，更高級的數控技術可以達到。這樣便為數據的傳輸提供了更加高效、虛擬的平臺。

4結論

PLC邏輯層在軟件、硬件兩個方面實現了對于控制系統的規劃以及設計，其是一種更加先進的機床體系。未來的數控機床在操作上需要設置更加專業化的平臺，需要建立更加系統完整的方案，同時還需要結合PLC的邏輯層來選擇一些可行的數字、技術來作為支撐，從而探索更加智能化的設計方案。

參考文獻

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[2]朱楠.淺談PLC在數控機床中的運用[J].制造業自動化，2012（9）：96-97.

[3]王紅梅.基于PLC與數控機床聯合控制的氣動機械手[J].液壓與氣動，2011（10）：41-44.

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【關鍵詞】矢量控制；變頻器；數控車床

數控車床是機電一體化的典型產品，是集機床、計算機、電機及其拖動、自動控制、檢測等技術為一身的自動化設備。其中主軸運動是數控車床的一個重要內容，以完成切削任務，其動力約占整臺車床的動力的70%～80%。基本控制是主軸的正、反轉和停止，可自動換檔和無級調速。

在目前數控車床中，主軸控制裝置通常是采用交流變頻器來控制交流主軸電動機。為滿足數控車床對主軸驅動的要求，必須有以下性能：（1）寬調速范圍，且速度穩定性能要高；（2）在斷續負載下，電機的轉速波動要小；（3）加減速時間短；（4）過載能力強；（5）噪聲低、震動小、壽命長。

1.變頻器矢量控制闡述

矢量控制實現的基本原理是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉矩的目的。具體是將異步電動機的定子電流矢量分解為產生磁場的電流分量（勵磁電流）和產生轉矩的電流分量（轉矩電流）分別加以控制，并同時控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。矢量控制方式又有基于轉差頻率控制的矢量控制方式、無速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。這樣就可以將一臺三相異步電機等效為直流電機來控制，因而獲得與直流調速系統同樣的靜、動態性能。矢量控制算法已被廣泛地應用在siemens，AB，GE，Fuji等國際化大公司變頻器上。

采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調速范圍上與直流電動機相匹配，而且可以控制異步電動機產生的轉矩。由于矢量控制方式所依據的是準確的被控異步電動機的參數，有的通用變頻器在使用時需要準確地輸入異步電動機的參數，有的通用變頻器需要使用速度傳感器和編碼器。目前新型矢量控制通用變頻器中已經具備異步電動機參數自動檢測、自動辨識、自適應功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅動異步電動機進行正常運轉之前可以自動地對異步電動機的參數進行辨識，并根據辨識結果調整控制算法中的有關參數，從而對普通的異步電動機進行有效的矢量控制。

2.數控車床主軸變頻的系統結構與運行模式

2.1主軸變頻控制的基本原理

由異步電機理論可知，主軸電機的轉速公式為：n=（60f/p）×（1-s）

其中P—電動機的極對數，s—轉差率，f—供電電源的頻率，n—電動機的轉速。從上式可看出，電機轉速與頻率近似成正比，改變頻率即可以平滑地調節電機轉速，而對于變頻器而言，其頻率的調節范圍是很寬的，可在0～400Hz（甚至更高頻率）之間任意調節，因此主軸電機轉速即可以在較寬的范圍內調節。

當然，轉速提高后，還應考慮到對其軸承及繞組的影響，防止電機過分磨損及過熱，一般可以通過設定最高頻率來進行限定。

變頻器在數控車床的應用中變頻器與數控裝置的聯系通常包括：（1）數控裝置到變頻器的正反轉信號；（2）數控裝置到變頻器的速度或頻率信號；（3）變頻器到數控裝置的故障等狀態信號。因此所有關于對變頻器的操作和反饋均可在數控面板進行編程和顯示。

2.2主軸變頻控制的系統構成

不使用變頻器進行變速傳動的數控車床一般用時間控制器確認電機轉速到達指令速度開始進刀，而使用變頻器后，機床可按指令信號進刀，這樣一來就提高了效率。

在本系統中，速度信號的傳遞是通過數控裝置到變頻器的模擬給定通道（電壓或電流），通過變頻器內部關于輸入信號與設定頻率的輸入輸出特性曲線的設置，數控裝置就可以方便而自由地控制主軸的速度。該特性曲線必須涵蓋電壓/電流信號、正/反作用、單/雙極性的不同配置，以滿足數控車床快速正反轉、自由調速、變速切削的要求。

3.無速度傳感器的矢量控制變頻器

3.1主軸變頻器的基本選型

目前較為簡單的一類變頻器是V/F控制（簡稱標量控制），它就是一種電壓發生模式裝置，對調頻過程中的電壓進行給定變化模式調節，常見的有線性V/F控制（用于恒轉矩）和平方V/F控制（用于風機水泵變轉矩）。

標量控制的弱點在于低頻轉矩不夠（需要轉矩提升）、速度穩定性不好（調速范圍1：10），因此在車床主軸變頻使用過程中被逐步淘汰，而矢量控制的變頻器正逐步進行推廣。

所謂矢量控制，最通俗的講，為使鼠籠式異步機像直流電機那樣具有優秀的運行性能及很高的控制性能，通過控制變頻器輸出電流的大小、頻率及其相位，用以維持電機內部的磁通為設定值，產生所需要的轉矩。

矢量控制相對于標量控制而言，其優點有：（1）控制特性非常優良，可以直流電機的電樞電流加勵磁電流調節相媲美；（2）能適應要求高速響應的場合；（3）調速范圍大（1：100）；（4）可進行轉矩控制。

當然相對于標量控制而言，矢量控制的結構復雜、計算煩瑣，而且必須存貯和頻繁地使用電動機的參數。矢量控制分無速度傳感器和有速度傳感器兩種方式，區別在于后者具有更高的速度控制精度（萬分之五），而前者為千分之五，但是在數控車床中無速度傳感器的矢量變頻器的控制性能已經符合控制要求，所以這里推薦并介紹無速度傳感器的矢量變頻器。

3.2無速度傳感器的矢量變頻器

無速度傳感器的矢量變頻器目前包括西門子、艾默生、東芝、日立、LG、森蘭等廠家都有成熟的產品推出，總結各自產品的特點，它們都具有以下特點：（1）電機參數自動辯識和手動輸入相結合；（2）過載能力強，如50%額定輸出電流2min、180%額定輸出電流10s；（3）低頻高輸出轉矩，如150%額定轉矩/1HZ；（4）各種保護齊全（通俗地講，就是不容易炸模塊）。

無速度傳感器的矢量控制變頻器不僅改善了轉矩控制的特性，而且改善了針對各種負載變化產生的不特定環境下的速度可控性。

3.3矢量控制中的電機參數辨識

由于矢量控制是著眼于轉子磁通來控制電機的定子電流，因此在其內部的算法中大量涉及到電機參數。從異步電動機的T型等效電路表示中可以看出，電機除了常規的參數如電機極數、額定功率、額定電流外，還有R1（定子電阻）、X11（定子漏感抗）、R2（轉子電阻）、X21（轉子漏感抗）、Xm（互感抗）和I0（空載電流）。

參數辨識中分電機靜止辨識和旋轉辨識2種，其中在靜止辨識中，變頻器能自動測量并計算頂子和轉子電阻以及相對于基本頻率的漏感抗，并同時將測量的參數寫入；在旋轉辨識中，變頻器自動測量電機的互感抗和空載電流。

在參數辨識中，必須注意：（1）若旋轉辨識中出現過流或過壓故障，可適當增減加減速時間；（2）旋轉辨識只能在空載中進行；（3）如辨識前必須首先正確輸入電機銘牌的參數。

3.4數控車床主軸變頻矢量控制的功能設置

使用在主軸中變頻器的功能設置分以下幾部分：

（1）矢量控制方式的設定和電機參數。

（2）開關量數字輸入和輸出。

（3）模擬量輸入特性曲線。

（4）SR速度閉環參數設定。

【參考文獻】

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關鍵詞：電氣系統 數控機床 PLC

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）11-0028-02

由于近年來，PLC（可編程控制器）技術取得了快速發展，其在自動控制之中的運用也變得更為廣泛。PLC是一種專門為工業運用而設計出來的計算機，目前已經被運用到數控機床這一工業領域之中。可編程控制器在控制的性能和硬件成本等諸多方面所展現出的種種優勢均為其他種類的工業控制產品所無法進行比擬的。所以，可編程控制器技術在工業自動化在數控機床中的運用正在變得愈來愈多。

1、數控車床電氣控制電路分析

1.1　工作原理及功能

數控車床根據被加工零件工作圖與工藝過程卡，用規定的數控代碼和程序格式編寫加工程序，將正確的加工程序輸入數控系統，數控系統將給定的加工程序和輸入的信號，進行運算和控制處理，然后將處理的結果送往控制系統，驅動機床的各運動部件有序地按機械加工要求運行，自動地制造出合格的零件。數控車床是用來加工軸類或盤類的回轉體零件，自動完成內外圓柱面、圓錐面、圓弧面、端面、螺紋等工序的切削加工，廣泛應用于機械制造業。改造后的車床應該滿足上述功能。

1.2　電氣控制電路的分析

1.2.1　主軸電機電氣控制

主軸電動機M3是一臺交流變頻電動機，由變頻器驅動，正轉、反轉及速度控制也是由數控系統進行控制。

1.2.2　主軸控制

來自零件程序的輸入信號有：M03、M04、M05。

來自機床操作面板有主軸正轉、反轉、點動、停止。

輸出信號：主軸正轉Q0.0；主軸反轉Q0.1；主軸停止Q0.2。

1.2.3　其他輔助電機控制

數控車床輔助電機主要有刀架電機、冷卻泵電機、泵電機，各輔助電機的控制簡述如下：

（1）冷卻泵電動機控制：

來自零件程序輸入信號有：MO8、MO9；來自機床操作面板，冷卻起停鍵；冷卻控制輸出信號：Q0.3；手動控制-按紐；自動控制-數控指令M代碼。

（2）泵電動機控制：

輸入信號：來自機床參數設置導軌間隔；來自機床控制面板導軌鍵；輸出信號控制Q06；手動控制-按鈕；自動控制-機床參數設定。

（3）刀架電動機控制：

輸入信號：I0.0　I0.1　I0.2　I0.3　I0.4　I0.5　I0.6　來自刀位檢測信號

來自零件程序T代碼有I1.0：T1；I1.1：T2；I1.2 T3；I1.3：T4；

來自機床控制面板手動換刀鍵。

輸出信號：刀架正轉Q0.4；刀架反轉Q0.5。手動控制—按鈕：數控系統

KM1

KM2

刀架電動機M3。自動控制—數控指令T代碼：數控系統

KM1

KM2

刀架電動機M3。

2、電氣系統設計

2.1　強電電氣控制柜的設計

2.1.1　控制電路及組成

（1）控制電路：1）交流380V電源通過漏電保護總開關QS和空氣開關QF1供主軸變頻器使用。2）交流380V電源通過變壓器轉換成交流220V電源通過空氣開關QF2、供給伺服放大器作電源用。3）交流380V電源通過變壓器轉換成交流220V電源通過U41、W41經開關電源供直流24V給系統供電用。4）交流380V電源通過空氣開關QF3，接觸器KM1、KM2使刀架正轉（換位）、反轉。

（2）電路組成：380V電源經開關QS后接入各電源回路中，開關QS后有4個空氣開關（QF1、QF2、QF3、QF4）、3個接觸器（KM1、KM2、KM3）、1個DC24/5A開關電源、1個2.2KW變壓器等組成。所有強電都安裝在電控柜內。

2.1.2　電源輸出

（1）I/O接口模塊直流24V接線柱已與外部相連。如發現電壓不穩，立急斷電，查明原因并解決后才能上電，直流24V開關電源容量為直流24V/5A，數控系統需3A，外部電源可提供2A容量供用戶使用。（2）電源輸出模塊有一電源鑰匙開關，其開關是為強電的控制回路供電。

2.2　電氣控制電路的設計

數控系統由隔離變壓器提供AC220V電源，以避免電網擾動對系統的干擾。X軸和Z軸的驅動裝置由機床變壓器提供AC220V電源。采用兩個開關穩壓電源分別提供I/O+24V和中間繼電器+24V，以避免干擾對I/O信號的影響。整個系統的電源配置必須接地可良好，因為接地的好壞直接影響到系統的抗干擾性和安全性。

2.2.1　主電路設計

數控車床主電路包括主軸控制電路、刀架電機控制電路、冷卻電機控制電路和伺服驅動組成。如圖1所示為數控車床電氣控制中的380V強電回路圖。

QS為電源總開關，QF1、QF3、QF4、QF2分別為主軸控制、刀架控制、冷卻控制、伺服驅動空氣開關為電路的短路保護。TC1為控制變壓器，初級為AC380V，次級為AC220V。

主軸控制電動機M1，由變頻器控制主軸的轉速；刀架電動機M3由接觸器KM1/KM2來控制正反轉；冷卻控制電動機M2由接觸器KM3控制正轉。

2.2.2　控制電路設計

數控車床控制電路包括冷卻控制、刀架控制、風機冷卻、開關電源、CNC系統控制等組成。如圖2所示。

數控車床系統輸出接口，控制功能有主軸正轉、主軸反轉、冷卻控制、刀架正轉、刀架反轉等功能。伺服驅動系統。其正轉、反轉及速度控制是由數控系統進行控制的。

3、結語

數控機床是集計算機技術、PLC　技術、自動化技術等于一身的機電一體化產物，作為數控機床核心的控制系統直接關系到設備的正常運行，利用數控機床PLC　的強大功能，可以充分發揮數控機床控制系統的作用，還可以為數控機床故障診斷及故障維修帶來極大的方便

參考文獻

[1]張路霞.利用PLC進行數控機床的故障檢測[J].設備管理與維修，2011.3.

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【關鍵詞】說課；數控機床；電氣控制；課程建設

1 課程標準

1.1 課程定位

本課程是數控技術專業的職業技能課。數控機床裝調與維修能力是該專業對口工作崗位要求學生具備的核心能力之一。因此，本課程的課程定位為：掌握數控機床電氣控制系統的整體結構和工作原理，為從事操作、調試、維修數控機床相關工作奠定基礎。

1.2 課程目標

在課程銜接上，《數控機床電氣控制》的先導課程有：電工電子，PLC技術應用及實訓，數控原理與數控機床；后續課程為數控機床故障診斷與維修。所以該課程在課程體系中起承上啟下的作用，以期通過對該課程的學習達到以下三個目標：

1）知識目標：

掌握常用低壓電器、執行電器及檢測裝置的工作原理；

掌握數控機床電氣控制系統的基本環節和基本電路的工作原理。

2）能力目標：

具有識讀簡單數控機床電氣原理圖和連接圖的能力；

具有安裝、調試與檢修簡單機床的電氣線路的能力。

3）素質目標：

對從事機床電氣線路的維護、安裝和調試等工作充滿熱情；

養成良好的職業素養和強烈的責任感。

1.3 課程內容設計

1.3.1 課程內容設計理念

《數控機床電氣控制》課程是基于工作過程的理念設計的：根據職業能力確定教學目標、根據工作任務整合教學內容、根據工作崗位設計教學情境、根據工作流程設計教學過程、根據職業標準設計評價標準。

遵循該理念，我們首先針對對口崗位深入企業調研，根據調研結果確定崗位所需的職業能力、工作任務與工作流程等，從而確定學習領域課程的學習目標、學習內容與教學過程等。最終，我們設計了6個項目，分別為：數控機床電氣控制概述、數控機床常用電器、數控機床電氣控制系統、普通機床電氣控制、機床數控裝置、可編程邏輯控制器及其應用。

1.3.2 課程內容組織與安排

我們以實際數控機床設備或機床配件為載體、遵循“行動導向”的認知規律，實施項目化教學。

1.3.3 課程重難點及解決辦法

課程重點為：

1）數控機床常用控制電器的結構及原理；

2）數控機床電氣控制線路的基本環節。

課程難點為：

1）數控機床電氣原理圖的分析；

2）數控機床電氣故障分析及排除。

針對以上重難點，我們的解決辦法是：

1）認知規律，由簡單到復雜、由單一到綜合設計項目；

2）配合任務，講解關聯知識；配合進度，訓練技能方法；

3）理論與實踐相結合，加深對知識的理解。

2 教材及教學參考資料

2.1 教材及參考資料

教材選用的是大連理工大學出版社出版、新世紀高職高專教材編審委員會組編的《數控機床電氣控制》，教參一是化學工業出版社出版的《數控機床電氣控制》，為高職高專“十一五”規劃教材；另一教參為西安電子科技大學出版的《數控機床電氣控制》，為高職高專“十二五”規劃教材。為了拓展學生的知識面、滿足不同層次學生的需求，還向學生了推薦了國家精品課程資源網及一些院校的省級和校級精品課程網站。

3 學情與學生學習方法的指導

目前學生普遍呈現理論基礎薄弱、學習熱情不高、喜歡動手操作及習慣老師監管的現狀。針對這種現狀，我們在教學時，充分利用多媒體條件，圖文并茂激發其學習興趣；理論與實驗相結合，利用其喜歡動手的特點提高教學效果；過程性評價與終結性評價相結合，將壓力從期末向平時分散，改善學生自控力不足、習慣老師監管的問題。

4 教學方法與手段

4.1 教學方法

該課程采用任務驅動法、分組討論法、講授法和情境教學法四種教學方法。

任務驅動法：提出任務目標，創建真實的教學環境，讓學生在一開始就得到啟發、產生興趣，從而提高學習的積極性。

分組討論法：提出任務后，讓學生進行分組討論，充分發揮其主體性。

講授法：通過多媒體課件演示電氣控制電路的工作原理，使學生掌握控制電路的基本組成及設計思路。

情境教學法：配合對實驗設備的操作，使教學內容更加形象生動，理論聯系實際。

4.2 教學手段

本課程采多媒體教學教學法，以提高教學生動性和效率。同時，充分利用網絡資源，將課堂教學延伸到課外。此外，還積極組織學生參與比賽和考證，通過比賽和考證促進教學效果的提高。

4.3 考核標準

過程性評價與終結性評價相結合，將壓力從期末向平時分散。

5 教學程序設計

以機床工作臺的前進和后退控制為例來說明一個項目的教學程序設計。

首先，復習正轉控制的電氣原理，復習完后提出很多場合需要電動機能夠實現正反轉，如機床工作臺的前進和后退，問如何實現正反轉控制？（15分鐘）

第二，以正轉電路為基礎，分別從主電路和控制電路兩部分推導正反轉電路的原理圖。（25分鐘）

第三，正反轉電路的完善。

問題一：如果在按下正轉啟動按鈕時不小心按下反轉啟動按鈕，會成電路短路故障

問題一解決方法：在正轉接觸器的線圈KM1支路中串入反轉接觸器KM2的常閉觸頭，在KM2的線圈支路中串入KM1的常閉觸頭――這就是“互鎖”的概念

問題二：電動機由正轉變反轉或由反轉變正轉的操作中，必須先按停車按鈕SB1，難以提高生產效率。

問題二解決方法：在KM1的線圈電路中串入反轉啟動的常閉觸頭，在KM2的線圈電路中串入正轉啟動的常閉觸頭，實現正轉到反轉及反轉到正轉的直接切換――這就是“機械互鎖”的概念，并與前面的互鎖一起構成“雙重互鎖”。

第四，電氣原理講解（25分鐘）。從正轉，正轉向反轉切換、停止三部分講解電氣原理。

第五，布置作業（5分鐘）。要求學生了解正反轉在其它場合的應用，尤其是在數控機床中的應用，從而拓展學生的認識。

課程特色：

1）課程基于工作過程設計課程，教學與實際貼切；

2）過程考核與綜合考核相結合，實施全過程監控。

【參考文獻】

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關鍵詞：PLC；數控機床；控制系統

1、可編程控制器

可編程控制器簡稱PLC，普遍被運用在內部程序的存儲工作中，為系統提供了良好的編程條件，用戶可以借助該存儲器進行計數、算數操作、邏輯運算等活動，而通過輸入定時、順序控制等指令后即可生效，而生產過程中可以依靠PLC進行數字、模擬方式的輸入/輸出控制。PLC數控機床利用了傳統數控機床的優勢，同時嵌入了先進的PLC技術、通訊技術、計算機技術，發揮自動控制和微電子的作用，使其滿足數控機床運行和新型工業生產的雙重要求。

2、數控機床

數控機床以機床本體為基礎，通過核心部分數控裝置來發號和控制驅動機床，伺服系統發出指令后驅動機床會按照標準流程來執行，數控機床依靠三大主體部門來發揮職能作用，而數控系統會控制機床內部，以數字輸入的形式來完成信息輸出與輸入工作。

3、數控機床控制系統

3.1 數控機床控制系統結構組成

數控機床控制系統結構如圖1所示，通過輸入信息到數控裝置中，使其作用于PLC、主軸控制單元、速度控制單元以及伺服電機，機床電器邏輯控制裝置，位置檢測反饋裝置會通過數控裝置將信息輸出，完成整個系統的聯通工作。

3.2 數控裝置的組成

微型計算機為數控裝置提供了穩定的基礎和條件，使其能滿足各項數字控制活動要求，而數控機床通常簡稱為CNC，它擁有微型計算機機構和數控裝置功能模塊兩大主要部分，為系統運行提供了輸入/輸出裝置、存儲器、接口以及總線、中央處理單元，但是針對單一或復雜命令的執行都要啟動軟件和硬件雙重裝置，在系統程序的指揮下完成，而控制和管理軟件會協調和指揮硬件。

4、基于PLC數控機床控制系統的設計

我們在數控機床控制系統中嵌入可編程控制器，以變頻器、電機、光柵尺等裝置為主，保持系統的全封閉循環空間，通過存儲器編程來加強數控系統的精度，不斷增加適用對象數量。數控機床本身能夠檢測刀位情況，操作換刀、斷刀等活動，還能檢測和連接通信，進一步提升了數控機床的性能和作用，在實現生產自動化的過程中降低成本、提高生產效率，保證數控機床系統的正常運行。

4.1 硬件結構

針對數控機床的硬件設計利用機械部分為基礎，通過硬件電路和上下位軟件來完成整體構造，數控機床控制系統中的硬件電路發揮著機床驅動的作用，同時能為各部門傳遞有效的信息，為系統提供最穩固的保護。機械手換刀、斷刀檢測都是硬件部分提供的功能之一，氣缸外壁的電磁感應系統會控制并顯示機床機械手的位置，而光纖傳感器會隨時檢查刀具的情況。

4.2 系統初始化

系統初始化會提供工作原點復位和機床原點復位兩項選擇，如圖2所示為系統坐標系示意圖，在工件原點中放置毛坯和芯模，通過工件、工作和機床三大坐標來完成系統指令。機床原點的復位操作通過數軸的極限開關來控制，而按下復位按鈕后機床就會回到初始原點，準確定位旋壓加工位置。機床坐標系為整個機床坐標復位工作提供了有效的參照，保證機床待機加工前后的位置符合生產標準，減少位置誤差。機床運行過程中零件裝卡無恙以及旋壓制品裝卸正常的基礎上要減少原則和位置距離，使得加工起始位置能滿足設定原則，機床功能在考慮硬件結構的基礎上挖掘可編程控制器的作用。

4.3 系統功能模塊設計

針對系統功能模塊的設計要同時滿足硬件和軟件雙重要求，而只有符合系統運行和硬件結構的軟件才能使用于機床中。嵌入下位機軟件的過程中需要滿足許多條件，當將其放置到SIMO-TIOND環境中時，下位機會接收來自各部門的數據，將機床運行狀態和部件執行情況監測出來。

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【關鍵詞】可編程控制器（PLC）；數控機床控制系統；實際應用

前言

目前，可編程控制器（PLC）應該廣泛地應用于數控機床的前期設計、數據處理、過程控制、生產控制中，提高了數控機床的自動化控制水平和加工精度。在本文中，筆者對可編程控制器（PLC）在數控機床控制系統中運用的情況提供了相關見解。

1 PLC在數控機床控制系統中的運用難點

一般而言，數控機床主要由主體機床、輸入/輸出設備、檢測反饋設備、伺服系統、可編程控制器（PLC）、觸摸屏等六個部分構成。

數控機床的每一個構成部分均有不同的分工和職責，所以可編程控制器（PLC）的應用也存在不同的困難：（1）主體機床主要包括機械設備和電氣設備兩個關鍵設備，因此在進行總體方案設計的時候應該綜合考慮機械設備和電氣設備兩個方面，而后才能夠確定數控機床的各種功能。不論是數控機床的數控系統，還是數控機床的機械要求均非常復雜，為了能夠揚長避短，機電設計雙方必須要進行及時有效地溝通。（2）輸入/輸出設備主要負責把各種加工信息傳輸給計算機以及將計算機的操作指令回傳給操作系統，因此，輸入/輸出設備要求具有可靠穩定的工作狀態和良好的信息傳輸能力，將信息延遲降到最低。（3）檢測反饋設備主要負責檢測控制系統的運行狀態是否安全是否穩定，實現故障元件自動檢測、系統行程保護等功能非常重要，同樣也具有一定難度。不建議使用開環控制方式，開環控制沒有反饋環節，系統的穩定性不高，精確度不高，使用于對系統穩定性精確度要求不高的簡單的系統。閉環控制的優點是充分發揮了反饋的重要作用，排除了難以預料或不確定的因素，使校正行動更準確，更有力，如通過編碼器或者光柵尺反饋達到伺服的精確定位。（4）伺服系統的選件、裝備、編程、操作等必須要具有一定的合理性，同時保證機床加工具有很高的穩定性和精度。實際操作中的加工速度和加工精度需要進行很好地權衡。另外，一旦現場條件出現轉變，伺服系統當中的各種操作參數也應該進行相應地修改，但是這些修改必須要滿足操作連續性的要求，并且允許在線進行修改。（5）除此之外，應該將壓敏電阻安裝在電源輸入端從而有效防止防止可編程控制器（PLC）因為電壓過高等原因而損壞；變壓器等發熱元件不能夠安裝可編程控制器（PLC）的下方，并且伺服驅動器也要與可編程控制器（PLC）保持一定距離，避免因為過熱造成可編程控制器（PLC）燒毀。

2 基于PLC的數控機床控制系統方案

2.1 粗定位階段和精定位階段的科學劃分

將定位過程科學劃分為粗定位階段和精定位階段，能夠在保障地位精度的同時有效提高定位速度。具體內容是，脈沖控制步進電機采用頻率相同但是脈沖當量不同的脈沖對其進行控制。（1）粗定位階段主要是指，在點位過程（處于該過程時刀具不進行切削作業）當中采用大脈沖當量，例如，0.1mm/步、1.0mm/步、1.5mm/步等等。（2）精定位階段主要是指，完成粗定位階段之后，應該采用小脈沖當量來使工作臺或者刀具慢慢代加工零件進而確保定位精度，例如，0.01mm步。從分工角度來看，粗定位階段負責提升定位速度，精定位階段負責保證定位精度，并且由于精定位階段僅僅占全部定位行程的1%-2%左右，基本上不影響定位速度。在機械設備方面可以采用兩套變速裝置，粗定位階段由電機直接驅動，精定位階段則進行降速驅動，由電磁離合器控制兩套變速裝置的切換。

2.2 利用BCD碼撥盤數據輸人應用功能指令

在可編程控制器（PLC）控制系統當中安裝BCD碼撥盤之后，則可以省略數碼輸人顯示電路。此舉不僅讓硬件電路得到了簡化和優化，更加降低了可編程控制器（PLC）輸入點的使用數量，此外，還能夠實現各種操作執行的存儲與傳輸，提高了操作的方便性。如果配合簡單的硬件譯碼電路，就可顯示有關參數的動態變化。為避免在系統運行中撥動撥盤可能給系統造成的波動，最好設置一輸人鍵，當確認各片撥盤都撥到位后再按該鍵，這時數據才被PLC讀人并處理。

2.3 觸摸屏全指令顯示

采用觸摸屏對指令、故障信息等內容進行直觀顯示，工作人員通常顯示的故障代碼可以找到問題根源；另外，在觸摸屏上進行各種手動操作更加簡單容易。

2.4 PLC外部元件故障的自動檢測

由于PLC具有極高的可靠性，因此PLC控制系統中絕大部分的故障不是來自PLC本身，而是由于外部元件故障引起的，例如常見的按鈕或行程開關觸點的熔焊及氧化就分別對應著短路故障及開路故障。系統一旦自動檢測到元件故障，應不僅具有聲光報警功能，而且能立即顯示故障代碼，以便用戶據此迅速判斷出故障原因。

2.5 檢查反饋功能

數控機床各軸均設二端極限傳感器和原點傳感器，冷卻和也都有異常檢測，在報警燈和人機界面處顯示報警信息，由光柵、感應同步器等位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號，隨時與給定值進行比較，將兩者的差值放大和變換，驅動執行機構，以給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到給定位置與反饋的實際位置的差值等于零為止。閉環進給系統在結構上比開環進給系統復雜，成本也高，對環境室溫要求嚴，設計和調試都比開環系統難，但是可以獲得比開環進給系統更高的精度，更快的速度，驅動功率更大的特性指標。

2.6 可編程控制器（PLC）梯形圖編程方法

應用于數控機床當中的可編程控制器（PLC）具有良好檢測功能與顯示功能，其中，可編程控制器（PLC）梯形圖能夠顯示數控機床的各種參數信息，例如機床參數、機床工作狀態、刀具管理數據、坐標位置數據等，具有十分廣泛的用途。通過可編程控制器（PLC）梯形圖，我們能夠非常直觀地觀察機床的定時器、內部繼電器以及各種接口的狀態信息。同時，我們可以利用可編程控制器（PLC）梯形圖所反映出來的控制邏輯，對數控機床設備的故障原因進行跟蹤。具體而言就是，可編程控制器（PLC）梯形圖本身具有動態監控功能，能夠對相關設備運行信號是否正確進行觀察，出現出現信號錯誤，則能夠利用梯形圖對其進行向前或者向后的翻查與跟蹤，確定導致節點處于錯誤狀態的因素，我們予以及時地糾正。

為了更加生動地闡述可編程控制器（PLC）梯形圖編程方法，下面將Fanuc Oi系列數控系統作為本文的案例進行比較詳細的分析和探討。首先按下【SYSTEM】鍵進入到可編程控制器（PLC）梯形圖界面，隨后按下【PMC】軟鍵，而后選擇按下【PMCLAD】，至此，我們便進入到可編程控制器（PLC）動態顯示的梯形圖程序界面。如果需要檢索相關的程序，則應該按下【SEARCH】檢索信號軟鍵，利用界面上的左右方向軟件或者上下翻頁軟件來檢索自己所需要的信號。

3 結束語

在當前的工業自動化控制領域，可編程控制器（PLC）非常受到人們的親睞，更是因此獲得大規模的應用。相對于其它的工業自動化控制產品，可編程控制器（PLC）具有硬件成本低、組機周期短以及控制性能強等諸多優勢，并且由于可編程控制器（PLC）已經問世幾十年，經過不斷地完善和更新，其技術已經相當成熟，具有良好的運行穩定性和可靠性。

參考文獻：

[1]周荃. 淺談PLC在數控機床控制系統中的應用[J]. 濰坊高等職業教育，2008，(04)：125-126.

[2]劉芬. 論PLC控制在機床數控系統中的應用[J]. 河北職業技術學院學報，2007，(02)：223-224.

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【關鍵詞】數控機床；電氣系統；故障診斷與維護

數控機床是集機、電、液、氣于一體的機電一體化裝備，數控機床電氣控制系統是其核心，它的可靠運行，直接關系到整個設備運行正常與否。當電氣控制系統發生故障時，應迅速診斷故障，排除事故，使其恢復正常，同時應進行預防性維護，這對于提高數控設備運行效率非常重要。

1數控機床電氣系統故障診斷的方法

1.1直觀法

這是分析故障最初采用的方法，就是利用感官的檢查。它主要是利用人的感官對故障發生時的各種光、聲、味等異常現象的觀察以及察看系統的每一處，遵循“先外后內”的原則，診斷故障采用望、聞、問、摸等方法，由外向內逐一檢查，往往可將故障范圍縮小到一個模塊或一塊印刷線路板。這要求維修人員具有豐富的實際經驗，要有多學科的較寬的知識和綜合判斷的能力。

1.2接口狀態檢查法

現代數控系統多將PLC集成于其中，而CNC與PLC之間則以一系列接口信號形式相互通訊聯接。有些故障是與接口信號錯誤或丟失相關的，這些接口信號有的可以在相應的接口板和輸入/輸出板上有指示燈顯示，有的可以通過簡單操作在CRT屏幕上顯示，而所有的接口信號都可以用PLC編程器或者相應的PC調出。這種檢查方法要求維修人員既要熟悉本機床的接口信號，又要熟悉PLC編程器的應用。

1.3參數調整法

眾所周知，數控參數能直接影響數控機床的性能。數控系統、PLC及伺服驅動系統都設置許多可修改的參數以適應不同機床、不同工作狀態的要求。這些參數不僅能使各電氣系統與具體機床相匹配，而且更是使機床各項功能達到最佳化所必需的。因此，任何參數的變化甚至丟失都是不允許的；而隨機床的長期運行所引起的機械或電氣性能的變化會打破最初的匹配狀態和最佳化狀態。此類故障多需要重新調整相關的一個或多個參數方可排除。這種方法對維修人員的要求是很高的，不僅要對具體系統主要參數十分了解，既知曉其地址熟悉其作用，而且要有較豐富的電氣調試經驗。

1.4交換法

這是一種簡單易行的方法。當發現故障或者不能確定是否故障板而又沒有備件情況下，可以將系統中相同或相兼容的兩個板互換檢查。在交換前一定要注意所要模板是否完好，而且狀態是否一致，故不僅硬件接線要正確交換，還要將一系列相應的參數交換，否則不僅達不到目的，反而會產生新的故障造成思維的混亂，一定要事先考慮周全，設計好軟、硬件交換方案，準確無誤再行交換檢查。

2數控機床電氣控制系統的預防性維護

（1）嚴格遵循操作規程數控系統編程、操作和維修人員必須經過專門的技術技能培訓，熟悉數控機床的機械、數控系統、強電設備、液壓、氣源等部分的使用；按機床和系統使用說明的要求使用。盡量避免因操作不當引起的故障。首次采用數控機床或不熟練工人來操作時，在使用的第一年內，系統故障主要是操作不當引起的。應按操作規程要求進行維護工作。有些部件需要定時加油和定期更換。

（2）對紙帶閱讀機或磁盤閱讀機的定期維護紙帶閱讀機或磁盤閱讀機是數控系統輸入的重要裝置，數控系統參數、用戶宏程序和零件程序都要通過它輸入到CNC內部。紙帶閱讀機讀帶部分有污物會使讀人的紙帶信息出現錯誤。所以操作者應對其進行檢查，用紗布蘸酒精擦凈污物。對紙帶閱讀機的運動部分，如主動輪滾軸、導向滾軸、壓緊滾軸等每周應定時清理，對導向滾軸、張緊臂滾軸等每半年一次加注油。對于磁盤閱讀機中磁盤驅動器內的磁頭，應用專用清洗盤定期進行清洗。

（3）防止數控裝置過熱定期清理數控裝置的散熱通風系統，經常檢查數控裝置上各冷卻風扇工作是否正常。根據車間環境狀況，一個季度應檢查清掃一次，具體方法：擰下螺釘，拆下空氣過濾器；在輕微振動過濾器的同時，用壓縮空氣由里向外吹掉空氣過濾器內的灰塵；如果太臟，可用中性清潔劑沖洗，置于陰涼處晾干。

（4）監視數控系統的電網電壓數控系統允許的電網電壓范圍在額定值的85～110%，如果超出范圍，輕則使數控系統不能穩定工作，重則會造成重要電子部件損壞。因此，要經常注意電網電壓的波動。對于電網質量比較惡劣的地區，應及時配置數控系統專用的交流穩壓電源裝置，使故障率降低。

（5）定期檢查和更換直流電動機電刷一些數控機床上使用的是直流電動機。這種電動機電刷的過度磨損會影響其性能甚至損壞。所以，必須定期檢查電刷。數控車床、數控銑床、加工中心等，應每年檢查一次，頻繁加速機床（如沖床等），應兩個月檢查一次。

（6）防止塵埃進入數控裝置內除檢修外，要少開電氣柜門。防止車間內空氣中飄浮的灰塵和金屬粉末落在印制電路板和電氣接插件上，造成元件間絕緣電阻下降，出現故障或使元件損壞。有些數控機床的主軸控制系統安置在強電柜中，強電門關得不嚴，使電器元件損壞、主軸控制失靈。夏天氣溫過高時，有些使用者打開數控柜門，用電風扇往數控柜內吹風，以降低機內溫度。這會導致系統加速損壞。電火花加工數控設備和火焰切割數控設備，周圍金屬粉塵大，更應注意防止外部塵埃進人數控柜內。

3數控機床電氣系統維修中的注意事項

2 從整機上取出某塊線路板時，應注意記錄其相對應的位置，連接的電纜號，對于固定安裝的線路板，還應按前后取下相應的壓接部件及螺釘作記錄。拆卸下的壓件及螺釘應放在專門的盒內，以免丟失，裝配后，盒內的東西應全部用上，否則裝配不完整。

（2）電烙鐵應放在順手的前方，遠離維修線路板。烙鐵頭應作適當的修整，以適應集成電路的焊接，并避免焊接時碰傷別的元器件。

（3）線路板上大多刷有阻焊膜，因此測量時應找到相應的焊點作為測試點，不要鏟除焊膜，有的板子全部刷有絕緣層，則只有在焊點處用刀片刮開絕緣層。

（4）測量線路間的阻值時，應斷電源，測阻值時應紅黑表筆互換測量兩次，以阻值大的為參考值。

（5）不應隨意切斷印刷線路。有的維修人員具有一定的家電維修經驗，習慣斷線檢查，但數控設備上的線路板大多是雙面金屬孔板或多層孔化板，印刷線路細而密，一旦切斷不易焊接，且切線時易切斷相鄰的線，再則有的點，在切斷某一根線時，并不能使其和線路脫離，需要同時切斷幾根線才行。

（6）更換新的器件，其引腳應作適當的處理，焊接中不應使用酸性焊油。

（7）不應隨意拆換元器件。有的維修人員在沒有確定故障元件的情況下只是憑感覺那一個元件壞了，就立即拆換，這樣誤判率較高，拆下的元件人為損壞率也較高。

（8）拆卸元件時應使用吸錫器及吸錫繩，切忌硬取。同一焊盤不應長時間加熱及重復拆卸，以免損壞焊盤。

（9）記錄線路上的開關，跳線位置，不應隨意改變。進行兩極以上的對照檢查時，或互換元器件時注意標記各板上的元件，以免錯亂，致使好板亦不能工作。

（10）查清線路板的電源配置及種類，根據檢查的需要，可分別供電或全部供電。應注意高壓，有的線路板直接接入高壓，或板內有高壓發生器，需適當絕緣，操作時應特別注意。

篇10

［關鍵詞］機電傳動控制課程教學教學體系教學方法

［作者簡介］張志義（1966- ），男，吉林梅河口人，北華大學，教授，博士，研究方向為機械電子。（吉林吉林132021）

［中圖分類號］G642.3［文獻標識碼］A［文章編號］1004-3985（2014）14-0135-01

受科學技術發展、社會改革的壓力，高等教育亟須研究大學生專業知識結構與就業市場的匹配度問題。基于此研究者提出了按照“技術+特色+創新”設置專業方向課程，從強調對學生綜合能力的培養、密切聯系產業出發，研究基于典型設備的“機電傳動控制”課程教學內容體系和教學方法。

一、機電專業課程概述

機械設計及其自動化專業課程都與工程實際緊密相連，其特點是都可以以某一典型產品為主線，介紹課程的基本概念、原理、元件的結構功能、系統應用及典型產品。教師可以根據課程的具體要求選擇一個或幾個典型機電產品作為主線介紹課程內容，并結合工程實際講解本課程理論在典型產品中的應用情況。下面以“機電傳動控制”課程的教學與實踐為例，介紹以典型產品為主線的教學體系與教學過程。

二、“機電傳動控制”課程教學體系

作為機械設計及其自動化專業的主要課程之一的“機電傳動控制”是一門應用性和專業性極強的課程。如何在一門課程中使學生了解機械設備所涉及的大部分控制內容，是我們要詳細討論的問題。“機電傳動控制”教材主要以原《工廠電氣控制》為藍本，以普通機床控制為對象介紹繼電―電接觸器控制、PLC控制、電機原理等內容。為使該課程能適應科學技術的發展和課程體系的完善要求，選擇數控機床作為教學對象，結合數控機床所涉及的控制知識，在教學大綱中新編入伺服電機原理、變頻器原理和數控機床控制技術，力圖以系統的觀點和統一的框架講授機電傳動控制課程，并以數控機床為對象揭示各種控制技術的內在聯系和統一關系。該教學內容體系旨在教學內容和方法與產業發展同步，以培養適應產業發展的合格的工程人才為目標。

課程內容優化是高等教育課程改革的重要內容，關系到高校的教育教學質量和人才培養質量。工程技術專業需要融合各專業技術知識，使各個階段所學習內容連貫統一。因此，在實施方面需要對機電傳動控制課程內容進行合理的組織，內容涵蓋在機電控制領域工作所必須掌握的各相關學科基礎知識。根據教學大綱中培養目的及課程需求，安排合適的學習單元。各個學習單元要以真實工作任務及典型的工作過程為依據，開發能力主題學習單元，考慮各能力單元之間的邏輯、遞進關系，對主題學習單元進行序化并實施，最終達到課程的教學目標。

三、作為典型機電產品的數控機床課程內容及過程

目前許多機電傳動控制課以介紹繼電器、PLC控制為主，經過多年工程設計應用實踐活動，必須以機械行業經常用到的數控機床的控制技術為研究對象，來增強學生的學習興趣和實用性，切實培養學生的實踐能力。

1.數控機床知識結構分析。數控機床是一個典型的機電產品，主要包括機床結構、機床控制兩大部分，其中機床結構的相關內容在本專業的前期和后期課程中講解。以前對于該專業學生開設了機電傳動控制、傳感器技術、機電接口技術，但沒有介紹伺服驅動控制技術、變頻器技術、數控控制技術，應將伺服驅動控制技術、變頻器技術、數控控制技術編入機電傳動控制教材中，使得機電傳動控制教材內容更加完善、合理和統一。

2.分解數控機床控制技術內容。將數控機床控制系統分解為四大模塊，數控機床的常規控制內容融入繼電接觸器和PLC控制章節內容中，數控機床的坐標軸控制融入伺服驅動控制章節內容中，數控機床的NCK組態等融入數控控制技術章節中，數控機床模擬主軸控制融入變頻器控制章節中（見下圖）。在講授課程內容時，先講授理論內容，再以數控機床的相關控制部分作為實例進行講解，并在課程結束前做系統的介紹。

四、“機電傳動控制”課程的教學方法和手段

1.將原有知識整合進新課程。機電傳動控制課程講授前已經講授了機械、電子、液壓等方面的基礎課程，這些課程內容相對獨立，但都與機電傳動課程有著密切相關的聯系，這就要求教師在講授該課程時能將各課程相關內容聯系起來，將所學知識前后貫穿，融于一個教學內容之中。

2.以模塊方式講解相關電氣元件。機電傳動課程是為機械類專業開設的一門電氣控制類課程，在講授時應將電氣元件看成為黑匣子，只講授電氣元件的輸入、輸出及工作原理，使學生知道如何設計、使用該元件，為培養系統集成工程師做充分的準備。教學采用實物講解、師生互動討論、實例分析、啟發教育等多種方式傳授工程理念，培養學生成為機械設備自動化生產過程的維護或設計應用型人才。講授內容理論聯系實際，以典型實際機電工程項目設計開發為導向，使學生把專業知識與真實的產品研發實踐結合起來。

3.課后教學延伸。在講授機電傳動課程內容時，課上如遇到相關的技術知識就及時給同學布置課外查詢作業，并在下次課上用十分鐘時間與同學交流，并將同學的講述情況記入平時成績。如講授電機啟動停止控制電路時，就將與電機有關的電機系列、電機功率、電機電流估算、所用電纜等內容布置給同學作為課外作業。通過查閱大量與機電傳動控制工程相關資料，學生在工程技術的應用上得以訓練并能感受真實的工程環境。

4.課內外實驗與仿真。將實際的工程環境引入教學環境，采用多媒體、實物、錄像來展示其原理技術，并對新技術補充；教師在課堂上通過工業案例的講解仿真，對所學的全部知識進行匯總和整理，不斷強化核心知識的應用和掌握，學生可在課后根據作業情況進行PLC的程序編制與仿真，同時注重周邊相關科學技術知識的學習和積累。

總之，提出了“少教多學”“少說多練”“工業案例”“項目導入”的教學方法和策略，營造實際的工程環境，在潛移默化中增進學生的智慧、自信與分析能力，充分利用教學資源，優化教學效果。通過機電傳動控制課程的教學建設與改革，在課程的教學大綱、教材、課件、教案、習題庫等方面時時更新，形成了一套成熟的質量保證體系，有效地促進了教育思想觀念的轉變，有利于進一步形成和深化學生的工程意識，為培養合格的人才打下良好的基礎。如何提升在校該專業畢業生在工作中的適應性，要進一步研究課程教學規劃，讓學生用有限的時間學習理論知識和實踐技能，以更好地適應就業市場的需求。

［參考文獻］

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